连铸保护渣是浇铸过程中一种重要的功能材料,对浇铸工艺顺行和铸坯质量控制具有极为重要的作用。目前,传统保护渣可以满足绝大部分钢种的浇铸需求,但仍有两个典型钢种的保护渣在应用过程中存在问题:1)超低碳钢保护渣,存在卷渣与润滑矛盾,与保护渣粘度有关;2)包晶钢保护渣,存在控热与润滑矛盾,与保护渣结晶和传热性能有关。结合保护渣在结晶器中的受力状态,研究发现,非牛顿流体的剪切稀化性能有助于解决上述难题。因此,需要深入研究剪切力对保护渣流变、结晶和传热性能的影响,为非牛顿保护渣的开发提供理论指导作用。本文首先利用Al2O3制备了具有剪切稀化性能的非牛顿保护渣,通过高温粘度计、拉曼光谱以及27Al和29Si核磁技术研究了保护渣的剪切稀化行为与结构的关系。然后,详细探讨了剪切力作用下Al2O3含量、碱度（Ca O/Si O2）、金属氧化物和F含量对熔渣剪切稀化行为和结构的影响规律。另外,利用渣膜热流模拟仪、紫外可见近红外分光光度计和激光扫描共聚焦显微镜,研究了剪切力大小与非牛顿保护渣结晶和传热性能之间的对应关系。获得的主要结论如下:（1）通过Al2O3含量、碱度、金属氧化物和F含量对熔渣剪切稀化行为的影响研究,明确了保护渣中的常见组分对熔渣剪切稀化性能的影响规律,获得了具有强烈剪切稀化性能的非牛顿保护渣。当Al2O3含量为14%,碱度为0.9时,熔渣具有较强的剪切稀化性能。此时,剪切变稀率（δ）为36.074%,粘流活化能减少值（ΔEa）为20.49 k J·mol-1,流动行为指数（n）为0.7681。当Al2O3含量、碱度增加时,剪切稀化性能先增强后减弱。将等量的Na2O或Mg O代替Li2O,Mg O代替Na2O,δ和（35）Ea值增大,n值减小,剪切稀化性能增强。随着F含量增加,熔渣的剪切稀化性能增强。（2）基于对剪切稀化过程中熔渣结构转变历程的研究,明晰了熔渣产生剪切稀化行为的机制。在非牛顿保护渣中,Al2O3能够形成QnSi（m Al）结构,其中,Q~3Si（1Al）和Q~2Si（1Al）结构被剪切力解聚形成Q~2Si（0Al）和Q~1Si结构是熔渣产生剪切稀化现象的根本原因。通过改变Al2O3含量、碱度、金属氧化物和F含量,调节QnSi（m Al）结构中各个结构单元的含量,进而控制熔渣剪切稀化行为的程度。随着Al2O3含量、碱度及F含量提升,Q~3Si（1Al）、Q~2Si（1Al）含量先增加后降低,[Al O3F]和Q~3Si（2Al）含量增加。此外,F还会通过Al-F键形成[Al O3F]结构进一步增强剪切力对熔渣结构的影响。（3）熔渣的结晶性能随剪切力的增大而增强。剪切力对非牛顿保护渣结晶性能的影响强于传统保护渣。当剪切力增加时,结晶速度增加,结晶活化能减小,非牛顿保护渣的结晶速度增加值和结晶活化能减少值大于传统保护渣。随着剪切力增大,晶体形貌由柱状和树枝状转变为块状和面状,尺寸减小,晶体含量增多。此外,剪切力对晶体矿相没有影响,对熔渣转折温度的影响较小。（4）固渣膜和气隙层的传热性能控制着铸坯与结晶器之间的水平传热行为。剪切力对非牛顿保护渣传热性能的影响大于传统保护渣。相较于传统保护渣,当剪切力增加时,非牛顿保护渣固渣膜的热流密度减少值和辐射传热减少量较大,渣膜厚度增大值较小,特征时间减少值较大,控热性能增强,润滑性能改善。随着剪切力提高,样品表面粗糙度（Ra）增大,非牛顿保护渣的表面粗糙度增大值（ΔRa总）为22.01 um和21.09 um,远大于传统保护渣的ΔRa总为12.84 um,气隙层控热性能增强。